KR20230174610A - Method and apparatus for positioning - Google Patents
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Abstract
위치 측위 방법 및 장치가 개시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 위치 측위 방법은, 3차원 공간으로부터 설정 범위 이내에서 이동 가능하도록 구비되는 이동형 앵커 세트에서 태그로부터의 신호를 수신하는 단계와, 호모그래피 알고리즘을 기반으로, 3차원 공간의 태그 신호 정보를 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간으로 변환하여, 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 태그의 좌표를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.A location determination method and device are disclosed. A location determination method according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of receiving a signal from a tag in a movable anchor set capable of moving within a set range in three-dimensional space, and based on a homography algorithm, It may include converting the tag signal information into a three-dimensional space based on the mobile anchor set and deriving the coordinates of the tag in the three-dimensional space based on the mobile anchor set.
Description
본 개시는 초광대역 무선기술(ultra-wide band, UWB)을 기반으로, 휴대 가능하게 구성된 UWB 앵커 세트(anchor set)를 통해 임의의 공간에서의 위치 측위를 수행하는 위치 측위 방법 및 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a positioning method and device that performs positioning in an arbitrary space through a portable UWB anchor set based on ultra-wide band (UWB) wireless technology. .
일반적으로 초광대역 무선기술(Ultra-Wide Band, UWB)은 협대역 시스템 및 3G 셀룰러 기술로 설명되는 광대역 시스템과 구분하기 위해 중심 주파수의 20% 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템이나 500MHz 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송기술을 말한다.In general, Ultra-Wide Band (UWB) is a system that occupies an occupied bandwidth of more than 20% of the center frequency or a wireless system that occupies an occupied bandwidth of 500 MHz or more to distinguish it from narrow-band systems and broadband systems described as 3G cellular technology. It refers to transmission technology.
기존의 무선기술인 블루투스가 2.4GHz, 무선 랜이 5GHz로 특정 주파수 대역을 사용하는 데 반해, UWB는 3.1GHz 에서 10.6GHz에 이르는 넓은 주파수 대역을 사용할 수 있어 주파수 부족 문제를 획기적으로 해결할 수 있다.While existing wireless technologies such as Bluetooth use a specific frequency band of 2.4GHz and wireless LAN use a specific frequency band of 5GHz, UWB can use a wide frequency band ranging from 3.1GHz to 10.6GHz, which can dramatically solve the problem of frequency shortage.
최대 전송 거리가 무선 랜의 10배에 해당하는 1km로 서비스 커버리지가 넓어서, 자동차용 통신, 재난 구조를 위한 통신 등 양방향 서비스의 구현이 가능해지도록 할 수 있다. 이외에도 소모 전력이 휴대폰이나 무선 랜에 비해 100분의 1 수준이고, 기술 상용화에 드는 비용이 적다는 점도 UWB의 대표적인 장점이다.The maximum transmission distance is 1km, which is 10 times longer than wireless LAN, and the service coverage is wide, making it possible to implement two-way services such as communication for automobiles and communication for disaster relief. In addition, other representative advantages of UWB are that the power consumption is 1/100th of that of mobile phones or wireless LANs, and the cost of commercializing the technology is low.
UWB를 기반으로 하는 일반적인 위치 측위 기술은, UWB Anchor(앵커)들을 고정된 위치에 설치하고 거리에 기반한 좌표를 지정하여 공간을 구성한다. 구성된 공간 내부 또는 인접한 공간 외부에 위치한 UWB Tag(태그)가 발산하는 신호를 기반으로 거리를 예측하여 UWB 앵커의 고정된 위치 정보와 함께 삼각측량/삼변측량/직선의 교점과 같은 알고리즘으로 위치를 측정하게 된다.General positioning technology based on UWB configures space by installing UWB Anchors at fixed locations and specifying coordinates based on distance. The distance is predicted based on the signal emitted by the UWB Tag located inside the configured space or outside the adjacent space, and the location is measured using algorithms such as triangulation/trilateration/intersection of straight lines along with the fixed location information of the UWB anchor. I do it.
즉, 대부분 UWB 앵커들은 UWB 태그의 위치를 측위하고자 하는 공간의 가장자리 또는 모퉁이에 설치하여 측정할 공간을 규정한다. 하지만, 신호가 도달하는 공간 외부에 대해서도 특별한 장애물이 없는 경우 UWB 태그의 측정이 가능할 것이다.In other words, most UWB anchors are installed at the edge or corner of the space where the UWB tag is to be located to define the space to be measured. However, measurement of UWB tags will be possible if there are no special obstacles outside the space where the signal reaches.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background technology is technical information that the inventor possessed for deriving the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public before filing the application for the present invention.
본 개시의 실시 예의 일 과제는, UWB 앵커를 특정 공간의 고정 위치에 설치하여 어떤 공간에서의 태그로부터 수신/수집(또는 송수신)되는 신호에 대한 거리와 상태를 측정하여 태그의 위치를 측위하여야 하는 불편함과 한계를 해결하고자 하는 것으로, 휴대 가능하게 구성된 UWB 앵커 세트를 통해 임의의 공간에서의 위치 측위를 수행할 수 있다.One task of the embodiment of the present disclosure is to install a UWB anchor at a fixed location in a specific space to measure the distance and status of signals received/collected (or transmitted/received) from a tag in a certain space to determine the location of the tag. To solve the inconveniences and limitations, positioning can be performed in any space through a portable UWB anchor set.
본 개시의 실시 예의 일 과제는, UWB 앵커를 사전에 설치할 수 없는 장소(예를 들어, 건물, 산, 바다 및 동굴 등)에 존재하는 UWB 태그의 위치를 파악하고자 하는 것이다.One task of the embodiment of the present disclosure is to determine the location of a UWB tag that exists in a place where a UWB anchor cannot be installed in advance (eg, a building, a mountain, the sea, a cave, etc.).
본 개시의 실시 예의 일 과제는, 인공신경망을 사용하여 반사/투과/굴절에 대한 신호 상태 파악과 위치 측위를 수행해 다양한 환경에 대응할 수 있도록 하는 것이다.One task of the embodiment of the present disclosure is to identify signal states for reflection/transmission/refraction and perform location determination using an artificial neural network to respond to various environments.
본 개시의 실시예의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.The purpose of the embodiments of the present disclosure is not limited to the problems mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood through the following description and can be understood more clearly by the embodiments of the present invention. will be. Additionally, it will be appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof as indicated in the patent claims.
본 개시의 일 실시 예에 따른 위치 측위 방법은, 3차원 공간으로부터 설정 범위 이내에서 이동 가능하도록 구비되는 이동형 앵커 세트에서 태그로부터의 신호를 수신하는 단계와, 호모그래피 알고리즘을 기반으로, 3차원 공간의 태그 신호 정보를 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간으로 변환하여, 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 태그의 좌표를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.A location determination method according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of receiving a signal from a tag in a movable anchor set capable of moving within a set range in three-dimensional space, and based on a homography algorithm, It may include converting the tag signal information into a three-dimensional space based on the mobile anchor set and deriving the coordinates of the tag in the three-dimensional space based on the mobile anchor set.
이 외에도, 본 발명의 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 더 제공될 수 있다.In addition, another method for implementing the present invention, another system, and a computer-readable recording medium storing a computer program for executing the method may be further provided.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages in addition to those described above will become apparent from the following drawings, claims and detailed description of the invention.
본 개시의 실시 예에 의하면, 실내/외 위치 측위를 위해 WiFi/BLE Scanner나 UWB Anchor들을 일정 장소에 설치하여 구성하지 않고, 마치 여러 라이다(Lidar)를 통합한 배열형 센서(Array Sensor)와 같이, 위치 측위를 위해 입체 센서처럼 이동형 앵커 세트를 구성하여 즉각적인 위치 측위에 적용함으로써, UWB 앵커를 특정 공간의 고정 위치에 설치하여 어떤 공간에서의 태그로부터 수신/수집(또는 송수신)되는 신호에 대한 거리와 상태를 측정하여 태그의 위치를 측위하여야 하는 불편함과 한계를 해결할 수 있으며, UWB 앵커를 사전에 설치할 수 없는 장소(예를 들어, 건물, 산, 바다 및 동굴 등)에서의 UWB 태그의 위치를 파악할 수 있도록 한다.According to an embodiment of the present disclosure, for indoor/outdoor location positioning, WiFi/BLE Scanners or UWB Anchors are not installed and configured in a certain location, but rather an array sensor integrating several Lidars and Likewise, by configuring a set of mobile anchors like a three-dimensional sensor for positioning and applying it to immediate positioning, UWB anchors can be installed at a fixed location in a specific space to monitor signals received/collected (or transmitted/received) from tags in a certain space. It can solve the inconvenience and limitations of having to determine the location of the tag by measuring the distance and status, and can be used for UWB tags in places where UWB anchors cannot be installed in advance (e.g., buildings, mountains, the sea, caves, etc.). Make it possible to determine the location.
또한, 본 개시의 실시 예에 의하면, 인공신경망을 사용하여 반사/투과/굴절에 대한 신호 상태 파악과 위치 측위를 수행함으로써, 다양한 환경에 대응할 수 있도록 하여, 위치 측위 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, by using an artificial neural network to identify signal states for reflection/transmission/refraction and perform positioning, it is possible to respond to various environments and improve positioning accuracy.
본 개시의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 일 실시 예에 따른 위치 측위 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 3차원 공간 내 위치 측위를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 이동형 앵커 세트 기반 위치 측위를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 위치 측위 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 이동형 앵커 세트를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 2개의 셋으로 분리 가능한 이동형 앵커 세트 기반 위치 측위를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 위치 측위 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram schematically showing a location determination system according to an embodiment.
Figure 2 is an example diagram for explaining positioning in a three-dimensional space according to an embodiment.
Figure 3 is a schematic diagram illustrating positioning based on a mobile anchor set according to an embodiment.
Figure 4 is a block diagram schematically showing a location determination device according to an embodiment.
Figure 5 is an exemplary diagram schematically showing a movable anchor set according to an embodiment.
Figure 6 is an example diagram illustrating positioning based on a movable anchor set that can be separated into two sets according to an embodiment.
Figure 7 is a flowchart for explaining a location determination method according to an embodiment.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The advantages and features of the present disclosure and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail together with the accompanying drawings.
그러나 본 개시는 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 개시를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the present disclosure is not limited to the embodiments presented below, but may be implemented in various different forms, and should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present disclosure. . The embodiments presented below are provided to ensure that the present disclosure is complete and to fully inform those skilled in the art of the disclosure of the scope of the disclosure. In describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description will be omitted.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present disclosure. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by these terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 본 개시에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical or corresponding components are assigned the same drawing numbers and duplicate descriptions thereof are omitted. I decided to do it.
도 1은 일 실시 예에 따른 위치 측위 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 3차원 공간 내 위치 측위를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3은 일 실시 예에 따른 이동형 앵커 세트 기반 위치 측위를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 예시도이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a positioning system according to an embodiment, FIG. 2 is an example diagram for explaining positioning in a three-dimensional space according to an embodiment, and FIG. 3 is a mobile positioning system according to an embodiment. This is a schematic example diagram to explain anchor set-based location determination.
도 1을 참조하면, 위치 측위 시스템(1)은 위치 측위 장치(100), 사용자 단말(200), 서버(300) 및 네트워크(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
일 실시 예의 위치 측위 시스템(1)은 이동 가능한 UWB 앵커 세트(이하, 앵커 세트)를 기반으로 임의의 공간에 대한 UWB 태그(이하, 태그) 위치 측위를 수행하는 시스템이다. UWB는 정밀한 위치 측위를 가능하게 해주는 기술이다. 하지만, 어떤 공간에서의 위치를 측위하기 위해 신호를 수신/수집하는 앵커들을 고정 위치에 설치해야 하며, 설치한 위치를 기록하여 태그로부터 수신되는 신호에 대한 거리와 상태를 측정하는 불편함과 한계를 가지고 있다.The
대부분 앵커들은 태그의 위치를 측위 하고자 하는 공간의 가장자리 또는 모퉁이에 설치되어, 측정할 공간을 규정하게 된다. 하지만 신호가 도달하는 공간 외부에 대해서도 특별한 차폐(장애물)가 없는 경우 태그의 측정이 가능할 수 있다. Most anchors are installed at the edge or corner of the space where the tag's location is to be measured, defining the space to be measured. However, tag measurement may be possible outside the space where the signal reaches if there is no special shielding (obstacle).
이에, 일 실시 예에서는, 태그의 위치 측위를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 앵커 세트를 구성하되, 도 3에 도시된 바와 같이 이동 가능한 작은 공간으로 축소하고, 이를 실제 측정하고자 하는 공간으로 투영(Projection)하여, 태그의 위치 측위를 수행할 수 있다.Accordingly, in one embodiment, an anchor set is configured as shown in FIG. 2 to determine the position of the tag, but it is reduced to a small movable space as shown in FIG. 3 and projected into the space to be actually measured ( Projection) can be used to determine the location of the tag.
즉, 위치 측위 시스템(1)은 UWB를 기반으로 위치 측위를 수행하는 것으로, 일반적으로 앵커들을 특정 위치에 설치하고 공간을 구성하여 공간 내 태그의 위치를 예측하는 방법과 달리, 앵커 세트를 휴대 가능하게 구성하여 태그를 측정하고자 하는 공간의 외부에서 투영 및 호모그래피(Homography) 알고리즘을 기반으로 공간을 구성할 수 있다.In other words, the
또한, 위치 측위 시스템(1)은 위치 측위 및 신호의 진행을 방해하는 재질(예를 들어, 시맨트, 유리, 나무 등)에 대해 심층신경망(deep learing)을 기반으로 재질에 따른 신호의 특징을 분류함으로써 목적한 공간에서의 UWB 태그의 위치를 측위할 수 있다. 이때 심층신경망에 선형 회귀(Linear Regression) 신경망이 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the
한편, 일 실시 예에서는, 전파의 공기 중 이동속도를 기반으로 앵커들에 수신된 시간차를 통해 거리를 예측하는 TDoA(Time Difference of Arrival) 방식과 앵커/태그간 송수신 시간을 기반으로 거리를 예측하는 TWR(Two Way Ranging) 방식을 기반으로 위치 측위를 수행할 수 있는데, TDoA 방식이 적용되는 경우 앵커에서 신호를 수신(또는 수집)하고, TWR 방식이 적용되는 경우에는 앵커에서 신호를 송수신할 수 있다. Meanwhile, in one embodiment, a TDoA (Time Difference of Arrival) method predicts the distance through the time difference received by anchors based on the moving speed of radio waves in the air, and a TDoA (Time Difference of Arrival) method that predicts the distance based on the transmission and reception time between anchors and tags. Positioning can be performed based on the TWR (Two Way Ranging) method. When the TDoA method is applied, signals are received (or collected) from the anchor, and when the TWR method is applied, signals can be transmitted and received from the anchor. .
다만, 일 실시 예에서는 TDoA 방식이나 TWR 방식에 한정되지 않으나, TDoA 방식이 적용되는 것을 실시 예로 하여, 앵커에서 신호를 수신하는 것으로 기재하도록 한다. 또한, TDoA 및 TWR뿐만 아니라, Angle of Arrival(AoA), Angle of Departure(AoD) 등의 방식이 적용될 수도 있다.However, in one embodiment, it is not limited to the TDoA method or the TWR method, but as an example in which the TDoA method is applied, it is described as receiving a signal from the anchor. Additionally, in addition to TDoA and TWR, methods such as Angle of Arrival (AoA) and Angle of Departure (AoD) may be applied.
다시 말하면, 일 실시 예의 위치 측위 시스템(1)은 건물, 산, 바다, 동굴 등과 같이 앵커들을 사전에 설치할 수 없는 장소에 존재하는 태그의 위치를 파악하기 위한 시스템이다. In other words, the
즉, 위치 측위 시스템(1)은 공사장에서의 작업자 위치 확인, 화재현장에서의 소방관 위치 확인, 자연환경에서의 생존자 수색 등과 같이 앵커의 설치가 어렵거나 위치를 자주 변경해야 하는 장소에서 즉각적인 위치 측위를 목적으로 사용이 가능하다.In other words, the positioning system (1) provides immediate positioning in places where anchor installation is difficult or the position must be changed frequently, such as confirming the position of workers at a construction site, confirming the position of firefighters at a fire site, or searching for survivors in the natural environment. It can be used for any purpose.
따라서, 위치 측위 시스템(1)에서는 앵커들을 사전에 설치할 필요가 없으며, 앵커들의 위치를 이동할 수 있기 때문에 앵커의 재사용이 용이하다.Therefore, in the
또한, 일 실시 예의 위치 측위 시스템(1)은 측정하고자 하는 태그가 있는 공간 외부에 앵커들을 이동 위치시켜 태그의 측위를 수행하는 기술을 구현하기 위해 해결해야 하는 반사, 투과, 굴절에 대한 신호 상태 파악과 위치 측위를 수행할 수 있도록 심층신경망 등의 인공신경망을 사용하여 다양한 환경에 대응할 수 있도록 할 수 있다.In addition, the
한편, UWB는 상술한 바와 같이, 전파의 공기 중 이동속도를 기반으로 앵커들에 수신된 시간차를 통해 거리를 예측하는 TDoA 방식과 TWR 방식 등에 의해 거리가 측정되는데, 이때 일 실시 예에서는, 앵커들이 측위를 위한 공간의 외부에 위치하는 것을 실시 예로 하고 있으므로, 장애물에 대한 수신 신호 상태를 파악하여야 한다.Meanwhile, as described above, in UWB, the distance is measured by the TDoA method and the TWR method, which predict the distance through the time difference received by anchors based on the moving speed of radio waves in the air. In this case, in one embodiment, the anchors Since the embodiment is located outside the space for positioning, the status of the received signal for obstacles must be determined.
이에, 일 실시 예에서는, 앵커들이 수신된 신호의 상태를 예측하는 LOS/NLOS(Line of Sight/Non Line of Sight, 가기선/비가시선)에 대해 RSSI(Received Signal Strength Indicator, 수신신호강도) 및 앵커 간 신호 상태를 참조하여 위치 측위 정밀도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, in one embodiment, anchors use RSSI (Received Signal Strength Indicator) and RSSI for LOS/NLOS (Line of Sight/Non Line of Sight), which predicts the state of the received signal Positioning accuracy can be improved by referring to the signal status between anchors.
이하에서는, 가기선/비가시선에 대해 간략히 설명하도록 한다.Below, the temporary line/invisible line will be briefly explained.
비가시선 무선 전파(Radio Propagation)는 지상 반사(ground-reflection)와 같이 송신기와 수신기 사이의 일반적인 가시선 외부에서 발생할 수 있다. 근거리 가시선(Near-line-of-sight, NLOS) 조건은 가장 안쪽 프레넬 영역에 존재하는 물리적 물체에 의한 부분적 장애물을 가리킬 수 있다. 여기서, 무선 전파는 전파가 진공 상태에서 한 지점으로부터 다른 지점으로 또는 대기의 다양한 부분으로 이동하거나 전파될 때를 의미하며, 전자기파의 일종으로 광파와 마찬가지로 반사, 굴절, 회절, 흡수, 편광, 산란 현상의 영향을 받을 수 있다.Non-line-of-sight radio propagation can occur outside the normal line of sight between a transmitter and receiver, such as ground-reflection. Near-line-of-sight (NLOS) conditions may refer to partial obstruction by physical objects present in the innermost Fresnel zone. Here, radio waves mean when radio waves move or propagate from one point to another in a vacuum or to various parts of the atmosphere. It is a type of electromagnetic wave and, like light waves, has the phenomena of reflection, refraction, diffraction, absorption, polarization, and scattering. can be influenced by
일반적으로 비가시선 전파를 일으키는 장애물에는 건물, 나무, 언덕, 산, 그리고 경우에 따라 고전압 전력선이 포함될 수 있다. 이러한 장애물 중 일부는 특정 무선 주파수를 반사하는 반면, 일부는 단순히 신호를 흡수하거나 왜곡한다. 그러나 두 경우 모두 특히 전력 예산이 낮을 때 많은 유형의 무선 전송 사용을 제한할 수 있다.Obstacles that typically cause non-line-of-sight transmission may include buildings, trees, hills, mountains, and, in some cases, high-voltage power lines. Some of these obstacles reflect certain radio frequencies, while others simply absorb or distort the signals. However, both cases can limit the use of many types of wireless transmission, especially when power budgets are low.
수신기에서의 낮은 전력 레벨은 전송을 성공적으로 수신할 가능성을 감소시킬 수 있다. 낮은 전력 레벨은 낮은 전송 수준, 원거리 송신기 및 송신기와 수신기 사이에 장애물이 있어 경로를 명확히 할 수 없을 때와 같은 세 가지 이유에 의해 발생할 수 있다.Low power levels at the receiver can reduce the likelihood of successfully receiving a transmission. Low power levels can be caused by three reasons: low transmission levels, distant transmitters, and obstacles between the transmitter and receiver that prevent a clear path.
비가시선은 유효 수신 전력을 낮춘다. 근거리 가시선은 일반적으로 더 나은 안테나를 사용하여 처리할 수 있지만 비가시선에는 일반적으로 대체 경로 또는 다중 경로 전파 방법이 필요하다.Non-line-of-sight lines lower the effective received power. Near-line-of-sight can usually be handled using better antennas, but non-line-of-sight usually requires alternate or multipath propagation methods.
효과적인 비가시선 네트워킹을 달성하는 방법은 현대 컴퓨터 네트워킹의 주요 질문 중 하나가 되었다. 현재 무선 컴퓨터 네트워크에서 비가시선 상태를 처리하는 가장 일반적인 방법은 비가시선 상태를 우회하고 추가 위치에 릴레이를 배치하여 장애물 주변에 무선 전송 내용을 보내는 것이다. 일부 더 진보된 비가시선 전송 방식은 다중 경로 신호 전파를 사용하여 수신기에 도달하기 위해 근처의 다른 물체에서 무선 신호를 튕겨낼 수 있다.How to achieve effective non-line-of-sight networking has become one of the key questions in modern computer networking. Currently, the most common way to handle non-line-of-sight conditions in wireless computer networks is to bypass the non-line-of-sight conditions and place relays in additional locations to direct wireless transmissions around obstacles. Some more advanced non-line-of-sight transmission methods use multipath signal propagation, allowing radio signals to bounce off other nearby objects to reach the receiver.
비가시선은 무선 통신에서 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 시각적 가시선이 없는 무선 채널 또는 링크를 설명하기 위해 자주 사용되는 용어이다. 이러한 맥락에서, 가시선은 육안으로 보기에는 너무 멀더라도 어떤 형태의 시각적 장애도 없는 직선으로, 가상 가시선(예를 들어, 시각 장애물을 통과하는 직선)으로서, 전파가 감지될 수 있도록 충분한 전송을 남겨둘 수 있다. 무선 전파에 영향을 미치는 전송 매체의 전기적 특성은 매우 다양하며, 따라서 비가시선 경로를 통한 무선 채널의 작동 품질에 영향을 미칠 수 있다.Non-line-of-sight is a term often used in wireless communications to describe a wireless channel or link in which there is no visual line of sight between the transmitting and receiving antennas. In this context, line-of-sight is a straight line that is clear of any form of visual obstruction, even if it is too far away to be seen by the human eye, or a virtual line-of-sight (e.g., a straight line that passes through a visual obstruction) that leaves enough transmission for the radio waves to be detected. You can. The electrical properties of the transmission medium that affect radio propagation vary greatly and can therefore affect the quality of operation of the radio channel over non-line-of-sight paths.
한편, 일 실시 예에서는 사용자들이 사용자 단말(200)에서 구현되는 어플리케이션 또는 웹사이트에 접속하여, 위치 측위 서비스를 요청하고 위치 측위 결과를 제공받을 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, users can access an application or website implemented on the
이러한 사용자 단말(200)은 위치 측위 서비스 어플리케이션 또는 위치 측위 서비스 사이트에 접속한 후 인증 과정을 통하여 위치 측위 서비스를 제공받을 수 있다. 인증 과정은 회원가입 등 사용자 정보를 입력하는 인증, 사용자 단말에 대한 인증 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 위치 측위 장치(100) 및/또는 서버(300)에서 전송되는 링크에 접속하는 것만으로 인증 과정이 수행될 수도 있다. This
한편, 일 실시 예에서, 사용자 단말(200)은 위치를 측위하고자 하는 태그로 구현될 수도 있다.Meanwhile, in one embodiment, the
이러한 사용자 단말(200)은 사용자가 조작하는 데스크 탑 컴퓨터, 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱, 미디어 플레이어, 마이크로 서버, GPS(global positioning system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, 네비게이션, 키오스크, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 가전기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.These
또한, 사용자 단말(200)은 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 시계, 안경, 헤어 밴드 및 반지 등의 웨어러블 단말기 일 수 있다. 사용자 단말(200)은 상술한 내용에 제한되지 아니하며, 웹 브라우징이 가능한 단말기는 제한 없이 차용될 수 있다.Additionally, the
한편, 일 실시 예에서, 위치 측위 시스템(1)은 위치 측위 장치(100) 및/또는 서버(300)에 의해 구현될 수 있다. 다시 말하면, 위치 측위 장치(100)는 그 일부 또는 전체가 서버(300)로 구현될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, the
즉, 위치 측위 장치(100)가 서버(300)에서 구현될 수 있는데, 서버(300)는 위치 측위 장치(100)가 포함되는 위치 측위 시스템(1)을 운용하기 위한 서버이거나 위치 측위 장치(100)의 일부분 또는 전 부분을 구현하는 서버일 수 있다.That is, the
일 실시 예에서, 서버(300)는 위치 측위 서비스 요청을 수신하여, 기 설정된 알고리즘에 기반하여 UWB를 기반으로 위치 측위를 수행하고 위치 측위 결과를 제공하는 전반의 프로세스에 대한 위치 측위 장치(100)의 동작을 제어하는 서버일 수 있다.In one embodiment, the
또한, 서버(300)는 예를 들어, 위치 측위 장치(100)의 구성들뿐만 아니라, 관련 디바이스 장치들의 신규등록, 네트워크 환경 등을 관리 관장하여 위치 측위 서비스 플랫폼에서의 서비스 제공 및 관리가 원활하게 수행될 수 있도록 제반 디바이스 운영을 담당하는 서버일 수 있다.In addition, the
또한, 서버(300)는 위치 측위 장치(100)를 동작시키는 데이터를 제공하는 데이터베이스 서버일 수 있다. 그 밖에 서버(300)는 웹 서버 또는 어플리케이션 서버 또는 딥러닝 네트워크 제공 서버를 포함할 수 있다.Additionally, the
그리고 서버(300)는 각종 인공 지능 알고리즘을 적용하는데 필요한 빅데이터 서버 및 AI 서버, 각종 알고리즘의 연산을 수행하는 연산 서버 등을 포함할 수 있다.Additionally, the
또한 본 실시 예에서, 서버(300)는 상술하는 서버들을 포함하거나 이러한 서버들과 네트워킹 할 수 있다. 즉, 본 실시 예에서, 서버(300)는 상기의 웹 서버 및 AI 서버를 포함하거나 이러한 서버들과 네트워킹 할 수 있다.Additionally, in this embodiment, the
위치 측위 시스템(1)에서 위치 측위 장치(100) 및 서버(300)는 네트워크(400)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 네트워크(400)는 예컨대 LANs(local area networks), WANs(Wide area networks), MANs(metropolitan area networks), ISDNs(integrated service digital networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 네트워크(400)는 근거리 통신 및/또는 원거리 통신을 이용하여 정보를 송수신할 수 있다.In the
또한, 네트워크(400)는 허브, 브리지, 라우터, 스위치 및 게이트웨이와 같은 네트워크 요소들의 연결을 포함할 수 있다. 네트워크(400)는 인터넷과 같은 공용 네트워크 및 안전한 기업 사설 네트워크와 같은 사설 네트워크를 비롯한 하나 이상의 연결된 네트워크들, 예컨대 다중 네트워크 환경을 포함할 수 있다. 네트워크(400)에의 액세스는 하나 이상의 유선 또는 무선 액세스 네트워크들을 통해 제공될 수 있다. 더 나아가 네트워크(400)는 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망 및/또는 5G 통신을 지원할 수 있다.Additionally, the
다만, 일 실시 예에서, 네트워크(400)는 초광대역 무선기술(Ultra-Wide Band, UWB)로 구현될 수 있다.However, in one embodiment, the
도 4는 일 실시 예에 따른 위치 측위 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.Figure 4 is a block diagram schematically showing a location determination device according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 위치 측위 장치(100)는 통신 인터페이스(110), 사용자 인터페이스(120), 메모리(130) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
통신부(110)는 네트워크(400)와 연동하여 외부 장치간의 송수신 신호를 패킷 데이터 형태로 제공하는 데 필요한 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. 또한 통신부(110)는 다른 네트워크 장치와 유무선 연결을 통해 제어 신호 또는 데이터 신호와 같은 신호를 송수신하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 장치일 수 있다.The
이러한 통신 인터페이스(110)는 각종 사물 지능 통신(IoT(internet of things), IoE(internet of everything), IoST(internet of small things) 등)을 지원할 수 있으며, M2M(machine to machine) 통신, V2X(vehicle to everything communication) 통신, D2D(device to device) 통신 등을 지원할 수 있다.This
즉, 프로세서(140)는 통신부(110)를 통해 연결된 외부 장치로부터 각종 데이터 또는 정보를 수신할 수 있으며, 외부 장치로 각종 데이터 또는 정보를 전송할 수도 있다. 그리고, 통신 인터페이스(110)는 UWB 모듈, WiFi 모듈, Bluetooth 모듈, 무선 통신 모듈, 및 NFC 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.That is, the
사용자 인터페이스(120)는 위치 측위 장치(100)에서 제공하는 위치 측위 서비스 플랫폼에 대한 사용자 요청 및 명령들이 입력되는 입력 인터페이스를 포함할 수 있다.The
또한, 사용자 인터페이스(120)는 위치 측위 장치(100)의 동작(예컨대, 알고리즘의 학습 파라미터 변경, 이동형 앵커 세트 위치 입력, 위치 측위에 대한 각종 설정 및 조건 변경 등)을 제어하기 위한 사용자 요청 및 명령들이 입력되는 입력 인터페이스를 포함할 수 있다.In addition, the
그리고 사용자 인터페이스(120)는 위치 측위 결과 등이 출력되는 출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 즉, 사용자 인터페이스(120)는 사용자 요청 및 명령에 따른 결과를 출력할 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스(120)의 입력 인터페이스와 출력 인터페이스는 동일한 인터페이스에서 구현될 수 있다.Additionally, the
메모리(130)는 위치 측위 장치(100) 및/또는 서버(300)의 동작의 제어(연산)에 필요한 각종 정보들을 저장하고, 제어 소프트웨어를 저장할 수 있는 것으로, 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다.The
메모리(130)는 하나 이상의 프로세서(140)와 전기적 또는 내부 통신 인터페이스로 연결되고, 프로세서(140)에 의해 실행될 때, 프로세서(140)로 하여금 위치 측위 장치(100)를 제어하도록 야기하는(cause) 코드들을 저장할 수 있다.The
여기서, 메모리(130)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media) 등의 비 일시적 저장매체이거나 램(RAM) 등의 일시적 저장매체를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(130)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.Here, the
그리고, 메모리(130)에는 본 개시에 따른 학습을 수행하기 위한 알고리즘에 관련된 정보가 저장될 수 있다. 그 밖에도 본 개시의 목적을 달성하기 위한 범위 내에서 필요한 다양한 정보가 메모리(130)에 저장될 수 있으며, 메모리(130)에 저장된 정보는 서버 또는 외부 장치로부터 수신되거나 사용자에 의해 입력됨에 따라 갱신될 수도 있다.Additionally, information related to an algorithm for performing learning according to the present disclosure may be stored in the
프로세서(140)는 위치 측위 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(140)는 메모리(130)를 포함하는 위치 측위 장치(100)의 구성과 연결되며, 메모리(130)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하여 위치 측위 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.The
이러한, 프로세서(140)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 임베디드 프로세서, 마이크로 프로세서, 하드웨어 컨트롤 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(Hardware Finite State Machine, FSM), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
프로세서(140)는 일종의 중앙처리장치로서 메모리(130)에 탑재된 제어 소프트웨어를 구동하여 위치 측위 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(140)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다.The
도 5는 일 실시 예에 따른 이동형 앵커 세트를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 2개의 셋으로 분리 가능한 이동형 앵커 세트 기반 위치 측위를 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 5 is an exemplary diagram schematically showing a mobile anchor set according to an embodiment, and FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining positioning based on a mobile anchor set that can be separated into two sets according to an exemplary embodiment.
프로세서(140)는 측정 공간에서 취득된 데이터에 대해서 3차원 위치 또는 해당 사물에 대한 거리를 측정하거나 예측하기 위해 측정하고자 하는 3차원 공간을 센서(즉, 앵커)의 평면 공간에 투영할 수 있는데, 이는 프로젝션 기술이라고도 한다. 예를 들어, 프로젝션 기술은 디지털 카메라, 마이크로소프트사의 키넥트와 같은 제품에서 구현되고 있다.The
이러한 프로젝션 기술은 취득하고자 하는 3차원 공간에 대한 정보를 센서(즉, 앵커)의 평면에 투영하여 위치와 거리 정보를 기록하게 된다. 다만, 카메라와 같이 상대적 평면공간의 경우 깊이(또는 거리)값을 기록할 수 없어 다수의 영상을 사용하거나, 물체의 크기를 규정하여 거리를 예측할 수 있다.This projection technology records location and distance information by projecting information about the three-dimensional space to be acquired onto the plane of the sensor (i.e., anchor). However, in the case of a relatively flat space like a camera, the depth (or distance) value cannot be recorded, so multiple images can be used or the distance can be predicted by specifying the size of the object.
이와 같은 기술에 기반하여, 일 실시 예에서는, 여러 개의 앵커들을 사용하여 입체적인 공간을 구성하고, 측정하고자 하는 3차원 공간으로부터 취득된 태그의 신호 정보를 기반으로 위치를 측정할 수 있다.Based on this technology, in one embodiment, a three-dimensional space can be constructed using several anchors, and the position can be measured based on signal information of the tag acquired from the three-dimensional space to be measured.
즉, 프로세서(140)는 이동 가능하도록 구성된 입체적 앵커 세트를 이용하여, 측정하고자 하는 3차원 공간을 프로젝션 기술(즉, 투영 행렬 기반 기술)로 취득하고, 호모그래피 알고리즘(호모그래피 행렬 기반)을 통해 앵커 세트가 놓인 평면을 기준으로 3차원 공간을 재구성할 수 있다.That is, the
따라서, 일 실시 예에서는, 태그가 발산하는 신호를 수신하는 앵커를 투영 가능하도록 구성할 수 있다. 이러한 방법은 전파의 공기 중에 이동하는 속도 차를 이용하는 AOA와 흡사한 방법이나, AOA 기반 앵커는 구현하기 복잡하기 때문에, 일 실시 예에서는, TDoA방식의 앵커가 사용될 수 있다.Therefore, in one embodiment, the anchor that receives the signal emitted by the tag can be configured to be projectable. This method is similar to AOA, which uses the difference in speed of radio waves moving through the air, but since AOA-based anchors are complicated to implement, in one embodiment, a TDoA anchor may be used.
한편, 일 실시 예에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 공간에 대하여, 카메라와 같이 거리를 측정하기 위해 두 세트로 구분된 앵커를 사용할 수 있다(예를 들어, 'A와 B' 및 'C와 D'의 두 세트).Meanwhile, in one embodiment, as shown in FIG. 5, two sets of anchors can be used to measure the distance like a camera for the space to be measured (for example, 'A and B'). and two sets of 'C and D').
이때, 제1 앵커 세트는 평면에 대한 위치 측위를 담당할 수 있고, 제2 앵커 세트는 제1 앵커 세트에서 수신하는데 있어 반사, 투과, 굴절에 대한 보정을 담당하며 동시에 측정된 평면에 대한 공간(높이)을 구성할 수 있다.At this time, the first anchor set may be responsible for positioning on the plane, and the second anchor set may be responsible for correction for reflection, transmission, and refraction in reception from the first anchor set, and at the same time, the space on the measured plane ( height) can be configured.
즉, 일 실시 예에서는, 태그의 신호를 수신하여 투영(Projective)공간을 구성하기 위해, 2개의 평면 측위용 앵커 세트와 2개의 평면 보정 및 공간 구성용 앵커 세트를 포함하는 이동형 앵커 세트를 사용할 수 있다.That is, in one embodiment, in order to receive a signal from a tag and construct a projected space, a movable anchor set including two anchor sets for plane positioning and two anchor sets for plane correction and space construction can be used. there is.
다만 이에 한정되지 않고, 각각의 앵커 세트는 3개 이상 구비될 수 있으며, 적어도 하나의 앵커가 동일한 앵커로서 구현될 수도 있다.However, the present invention is not limited to this, and each anchor set may include three or more anchors, and at least one anchor may be implemented as the same anchor.
한편, 기존 AOA방식의 앵커의 문제점은 측정 방식으로 인해 일반적으로 근거리 측정이 수행되며, 원거리 측정에는 장애물, 예각으로 인한 시간차 측정이 어려워 오차가 심할 수 있다. 이 기술은 AOA용 UWB Anchor와 같이 제작에 따른 고 비용과 측정 오류로 인해 원거리 위치 측위의 문제를 해결한다.Meanwhile, the problem with the existing AOA anchor is that due to the measurement method, short-distance measurement is generally performed, and long-distance measurement is difficult to measure time difference due to obstacles or acute angles, which can lead to severe errors. This technology, like the UWB Anchor for AOA, solves the problems of long-distance positioning due to high production costs and measurement errors.
프로세서(140)는 도 6에 도시된 바와 같이, 태그 P에 대해 A, B 앵커(제1 앵커 세트)는 가로에 대한 평면상 거리(D)인 제1 거리 값을 측정할 수 있다. 그리고 프로세서(140)는 상기 A, B 앵커 보다 뒤쪽에 위치한 C, D 앵커(제2 앵커 세트)는 세로에 대한 평면상 거리(D')인 제2 거리 값을 측정할 수 있다. 여기서 뒤쪽이란, 태그 P를 향하는 방향을 기준으로 뒤에 위치한다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 6, the
이때, 제1 앵커 세트와 제2 앵커 세트의 깊이 차이는 측정하려는 공간에서의 장애물로 인해 LOS/NLOS의 신호 차이로 발생할 수 있다. 이에 프로세서(140)는 함께 수신한 RSSI값을 기반하여 깊이를 조정할 수 있다. 깊이 값은 실제 태그의 위치와 앵커 세트 간의 지정된 투영 레이어로 정의될 수 있다.At this time, the depth difference between the first anchor set and the second anchor set may occur as a signal difference in LOS/NLOS due to obstacles in the space to be measured. Accordingly, the
일 실시 예에서, 프로세서(140)는 제1 앵커 세트(A, B간)의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 x 좌표를 도출하고, 제2 앵커 세트(C, D간)의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 치환하여 y 좌표를 도출할 수 있다.In one embodiment,
또한, 프로세서(140)는 제1 앵커 세트의 제1 거리 값 및 제2 앵커 세트의 제2 거리 값을 기반으로 z 좌표를 도출할 수 있으며, 최종적으로 태그가 위치한 공간의 좌표를 도출할 수 있다.Additionally, the
이때, 일 실시 예에서는, 투영하려는(측위하려는) 공간의 크기, 또는 위치 측위 정밀도에 따라 앵커 세트 내의 앵커 간 거리가 조정될 수 있으며, 앵커 간 거리 조정에 따라 투영하려는 레이어의 해상력을 향상시킬 수 있다.At this time, in one embodiment, the distance between anchors in the anchor set can be adjusted according to the size of the space to be projected (to be localized) or the positioning accuracy, and the resolution of the layer to be projected can be improved by adjusting the distance between anchors. .
한편, 태그에서 발산하는 신호는 직접적으로 수신되는 LOS(가시선)와 반사, 투과, 굴절되어 수신되는 NLOS(비가시선)로 나눌 수 있다.Meanwhile, the signal emitted from the tag can be divided into LOS (line-of-sight), which is received directly, and NLOS (non-line-of-sight), which is received through reflection, transmission, and refraction.
이러한 LOS/NLOS로 구성된 신호는 공기 중에 전달되는 전파의 일반적인 속도 보다 느리며, 이로 인해 예측된 거리는 실제보다 늘어날 수 있다. 즉, LOS/NLOS로 구성된 신호는 측량 방식에 따라 위치 예측의 오차를 발생시키는 주 원인이다.These LOS/NLOS signals are slower than the typical speed of propagation through the air, which may cause the predicted distance to be longer than the actual distance. In other words, signals composed of LOS/NLOS are the main cause of errors in location prediction depending on the survey method.
이처럼 어떤 장애물 또는 신호의 굴절을 변화시키는 재질로 인해, 측정하고자 하는 공간에 대해 올바른 거리 또는 도달 속도를 계산하기 어려울 수 있다. 즉, 다양한 환경으로 인해 삼각측량/삼변측량 등의 알고리즘으로는 위치 측정이 어려울 수 있다.Because of any obstacle or material that changes the refraction of the signal, it can be difficult to calculate the correct distance or arrival speed for the space you want to measure. In other words, location measurement may be difficult using algorithms such as triangulation/trilateration due to various environments.
이에, 프로세서(140)는 심층신경망을 기반으로, 신호의 상태를 파악하고, 투영된 공간에서의 위치를 도출할 수 있다.Accordingly, the
앵커 세트를 사용하여 태그의 위치를 파악하려는 공간에 따른 투영 공간과 장애물(시멘트, 유리, 나무 등)로 인해, 앵커가 수신하는 신호는 LOS/NLOS 및 RSSI에 노이즈나 오류가 포함되어 있을 수 있다. Due to the projection space and obstacles (cement, glass, wood, etc.) depending on the space in which you want to use the anchor set to determine the location of the tag, the signal the anchor receives may contain noise or errors in LOS/NLOS and RSSI. .
이를 처리하기 위해 신호대 잡음비나 수신된 신호 강도, 장애물에 따른 지연 처리 등의 알고리즘이 사용될 수 있으나, 이러한 알고리즘은 다양한 환경에 대응하기 어려우며, 일부 알고리즘의 파라미터는 인간에 의해 수동으로 정의된다.To process this, algorithms such as signal-to-noise ratio, received signal strength, and delay processing due to obstacles can be used, but these algorithms are difficult to respond to various environments, and the parameters of some algorithms are manually defined by humans.
따라서, 프로세서(140)는 실험과 학습을 통해 장애물 재질에 따른 수신 신호의 거리, RSSI 및 앵커 세트 위치의 환경에 대한 학습 데이터를 수집하여, 장애물 재질에 따른 보정을 기반으로 하는 심층신경망의 위치 측위 모델을 훈련할 수 있다.Therefore, the
즉, 프로세서(140)는 위치 측위 모델을 통해, 수신된 신호의 상대적 관계와 앵커가 위치하는 장소를 기준으로 태그의 위치를 산출할 수 있다.That is, the
이러한 위치 측위 모델은, {앵커 세트의 구조적 위치}, {태그로부터의 수신 신호, 공기 중에 전파의 속도에 따른 태그로부터의 예상 거리}, {태그로부터의 RSSI}, {앵커 세트 내 앵커 간 신호성분: 전파 속도}를 입력 데이터로 입력 받아, {태그의 위치: x, y, z}, {위치 신뢰도, 전파 성분 품질}이 출력되도록 학습된 학습 모델일 수 있다. 여기서, 입력 데이터 중 앵커 세트의 구조적 위치에 대해, 각 앵커들의 위치는 기 설정된 앵커 세트의 구조에 따라 자동으로 산출될 수 있다. 기 설정된 앵커 세트의 구조는 앵커 세트 기준의 좌표계를 의미할 수도 있다.This location determination model is: {Structural location of the anchor set}, {Received signal from the tag, expected distance from the tag according to the speed of propagation in the air}, {RSSI from the tag}, {Signal components between anchors in the anchor set : Propagation speed} as input data, and may be a learning model trained to output {position of tag: x, y, z}, {position reliability, quality of propagation component}. Here, regarding the structural position of the anchor set among the input data, the position of each anchor can be automatically calculated according to the structure of the preset anchor set. The structure of a preset anchor set may mean a coordinate system based on the anchor set.
즉, 프로세서(140)는 앵커 세트의 구조적 위치, 태그로부터의 수신 신호, 공기 중에 전파의 속도에 따른 태그로부터의 예상 거리, RSSI 및 앵커 세트 내 앵커 간 신호성분 중 적어도 하나 이상을 입력 데이터로 하여, 태그의 위치, 위치 신뢰도 및 전파 성분 품질이 출력되도록 미리 훈련된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 이용하여, 태그의 위치 측위를 수행할 수 있다.That is, the
이때, 위치 측위 모델은 수신 신호의 거리, RSSI 및 앵커 세트 위치의 환경에 대한 학습 데이터 중 적어도 하나 이상을 장애물 재질로 레이블링한 훈련 데이터를 통해 훈련된 것일 수 있다.At this time, the positioning model may be trained through training data labeling at least one of the distance of the received signal, RSSI, and learning data about the environment of the anchor set location as an obstacle material.
한편, 일 실시 예에서는, 예를 들어, 위치 측위 모델의 테스트는 일반적인 6개의 Full Connected Layer와 2개의 Dropout이 적용될 수 있으며, 제1 앵커 세트(A, B) 및 제2 앵커 세트(C, D)에 대한 MSE Loss, A, B, C, D 통합 MSE Loss이 적용될 수 있다. 또한 일 실시 예에서는, 보다 많은 환경적 요소(예: 날씨에 따른 영향, 계절에 따른 영향 등)에 따라 신경망을 변경 적용할 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, for example, in the test of the positioning model, the general 6 Full Connected Layers and 2 Dropouts may be applied, and the first anchor set (A, B) and the second anchor set (C, D) ) MSE Loss, A, B, C, D integrated MSE Loss can be applied. Additionally, in one embodiment, the neural network can be changed and applied according to more environmental factors (e.g., weather effects, seasonal effects, etc.).
또한, 실시 예에 따라서, 기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트를 포함하는 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 상기 이동형 앵커 세트의 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트 각각에 대한 태그로부터의 수신 신호가 입력되면, 상기 앵커 세트의 구조적 위치와 태그로부터의 수신 신호를 기반으로 도출된 투영 평면에서의 태그 위치를 입력으로 쿼리(query)하여, 상기 투영 평면에서의 태그 위치에 대한 앵커 세트를 기준으로 하는 3차원 공간에서의 태그 위치 측위 결과가 출력되도록 학습된 학습 모델일 수 있다.In addition, according to the embodiment, the previously learned deep neural network-based positioning model may include the structural position of the movable anchor set including the first anchor set and the second anchor set, and the first and second anchors of the movable anchor set. When the received signal from the tag for each set is input, the tag position in the projection plane derived based on the structural position of the anchor set and the received signal from the tag is queried as input, and the tag position in the projection plane is It may be a learning model trained to output a tag location positioning result in a 3D space based on an anchor set for the tag location.
여기서, 심층신경망 학습(딥러닝) 기술은 데이터를 기반으로 다단계로 깊은 수준까지 내려가 학습할 수 있다. 딥러닝은 단계를 높여갈수록 복수의 데이터들로부터 핵심적인 데이터를 추출하는 머신 러닝 알고리즘의 집합을 나타낼 수 있다.Here, deep neural network learning (deep learning) technology can learn down to a deep level in multiple stages based on data. Deep learning can represent a set of machine learning algorithms that extract key data from multiple pieces of data at higher levels.
딥러닝 구조는 인공신경망(ANN)을 포함할 수 있으며, 예를 들어 딥러닝 구조는 CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), DBN(deep belief network) 등 심층신경망(DNN)으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따른 딥러닝 구조는 공지된 다양한 구조를 이용할 수 있다. 즉 위치 측위 시스템(1)에는 인공신경망(artificial neural network)이 탑재될 수 있으며, 즉 본 실시 예의 프로세서(140)는 인공신경망, 예를 들어, CNN, RNN, DBN 등 심층신경망(deep neural network: DNN)을 포함할 수 있다. 이러한 인공신경망의 머신 러닝 방법으로는 자율학습(unsupervised learning)과 지도학습(supervised learning)이 모두 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 설정에 따라 학습 후 인공신경망 구조를 업데이트시키도록 제어할 수 있다.The deep learning structure may include an artificial neural network (ANN). For example, the deep learning structure consists of deep neural networks (DNN) such as convolutional neural network (CNN), recurrent neural network (RNN), and deep belief network (DBN). It can be. The deep learning structure according to one embodiment may use various known structures. That is, the
도 7은 일 실시 예에 따른 위치 측위 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart for explaining a location determination method according to an embodiment.
도 7을 참조하면, S100단계에서, 프로세서(140)는 3차원 공간으로부터 설정 범위 이내에서 이동 가능하도록 구비되는 이동형 앵커 세트에서 태그로부터의 신호를 수신한다.Referring to FIG. 7, in step S100, the
일 실시 예는, 사전 설치가 필요 없는 이동형 앵커 세트를 통해 위치 측위를 수행하는 것으로, 위치 측위를 위해 적용된 카메라/컴퓨터 비전 알고리즘인 Projection(투영) 방식과 Homography(호모그래피)를 적용한 공간 해석((x, y, z)가 아닌 (x, y, depth)로 분해) 및 다중 투영 레이어(Multi Projective Layer)를 통해 위치 측위를 수행할 수 있다.In one embodiment, positioning is performed through a set of mobile anchors that do not require prior installation, and spatial analysis using the Projection method and Homography, a camera/computer vision algorithm applied for positioning (( Positioning can be performed through (decomposition into (x, y, depth) rather than x, y, z) and multi-projective layer.
즉 일 실시 예의 이동형 앵커 세트는, 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하며, 평면 측위용 제1 앵커 세트와, 평면 보정 및 공간 구성용 제2 앵커 세트로 구성될 수 있다.That is, the movable anchor set of one embodiment includes at least four anchors and may be composed of a first anchor set for plane positioning and a second anchor set for plane correction and space configuration.
S200단계에서, 프로세서(140)는 호모그래피 알고리즘을 기반으로, 3차원 공간의 태그 신호 정보를 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간으로 변환하여, 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 태그의 좌표를 도출한다.In step S200, the
이때, 프로세서(140)는 투영 행렬을 이용하여 3차원 공간의 태그 신호 정보를 이동형 앵커 세트 기준 평면에 투영하고, 호모그래피 행렬을 이용하여 이동형 앵커 세트 기준 평면을 기반으로 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에 태그 신호 정보를 재구성할 수 있다.At this time, the
또한, 프로세서(140)는 제1 앵커 세트로 평면에 대한 위치 측위를 수행하고, 태그 방향을 기준으로 제1 앵커 세트 보다 뒤에 위치하는 제2 앵커 세트로 측정된 평면에 대한 높이 측위를 수행할 수 있다.Additionally, the
보다 구체적으로, 프로세서(140)는 제1 앵커 세트로 가로에 대한 평면상 거리인 제1 거리 값을 측정하고, 제2 앵커 세트로 세로에 대한 평면상 거리인 제2 거리 값을 측정할 수 있다.More specifically, the
그리고 프로세서(140)는 제1 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 태그의 x 좌표를 도출하고, 제2 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 태그의 y 좌표를 도출하며, 제1 거리 값 및 제2 거리 값을 기반으로 태그의 z 좌표를 도출할 수 있다.And
S300단계에서, 프로세서(140)는 도출한 태그의 좌표를 기반으로. 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행한다.In step S300, the
예를 들어, 일 실시 예에서는, 두 개의 세트로 구성된 앵커에 수신된 신호 처리, 각 앵커 세트에서 2차원 위치를 측정하기 위한 신호 처리, 두 개의 앵커 세트를 통합한 신호 처리 및 3차원 좌표를 얻기 위한 신경망을 적용할 수 있다.For example, in one embodiment, processing a signal received at two sets of anchors, processing a signal to measure a two-dimensional position at each set of anchors, processing a signal integrating the two sets of anchors, and obtaining three-dimensional coordinates. A neural network can be applied for this.
프로세서(140)는 제2 앵커 세트에서 태그로부터 수신한 신호의 가시선/비가시선(LOS/NLOS) 비율에 기반하여 제2 앵커 세트에서 태그로부터 수신한 신호 상태를 예측할 수 있다. 그리고 프로세서(140)는 제2 앵커 세트에서의 RSSI 값 및 앵커 간 신호 상태를 기반으로 장애물에 의한 손실을 보정할 수 있다.The
이때, 프로세서(140)는 기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 장애물에 의한 손실을 반영하여 태그의 위치 측위를 수행할 수 있다.At this time, the
프로세서(140)는 이동형 앵커 세트의 구조적 위치, 태그로부터의 수신 신호, 공기 중에 전파의 속도에 따른 태그로부터의 예상 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 내 앵커 간 신호성분 중 적어도 하나 이상을 입력 데이터로 하여, 상기 태그의 위치, 위치 신뢰도 및 전파 성분 품질이 출력되도록 미리 훈련된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 상기 태그의 위치 측위를 수행할 수 있다.The
이때, 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 수신 신호의 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 위치의 환경에 대한 학습 데이터 중 적어도 하나 이상을 장애물 재질로 레이블링한 훈련 데이터를 통해 훈련된 것일 수 있다.At this time, the deep neural network-based positioning model may be trained using training data that labels at least one of the distance of the received signal, RSSI, and learning data about the environment of the mobile anchor set location as an obstacle material.
한편, 일 실시 예에서, 기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트를 포함하는 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 이동형 앵커 세트의 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트 각각에 대한 태그로부터의 수신 신호가 입력되면, 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 태그로부터의 수신 신호를 기반으로 도출된 투영 평면에서의 태그 위치를 입력으로 쿼리(query)하여, 투영 평면에서의 태그 위치에 대하여 이동형 앵커 세트를 기준으로 하는 3차원 공간에서의 태그 위치 측위 결과가 출력되도록 학습된 학습 모델일 수도 있다.Meanwhile, in one embodiment, the previously learned deep neural network-based positioning model includes the structural location of the movable anchor set including the first anchor set and the second anchor set, and the first and second anchor sets of the movable anchor set. When the received signal from each tag is input, the tag position in the projection plane derived based on the structural position of the mobile anchor set and the received signal from the tag is queried as input, and the tag position in the projection plane is determined. It may be a learning model learned to output tag positioning results in a three-dimensional space based on a set of mobile anchors.
즉, 일 실시 예에서의 위치 측위 기술은, 태그를 기준으로 산업 현장에서 붕괴 사고가 발생했을 때 즉시적인 작업자 위치를 파악할 수 있다. 또한, 산에서 조난자를 찾기 위해 앵커 세트를 통해 투영하려는 공간에 대해 회전 또는 이동을 하면서 조난 위치를 찾거나, 반대로 산에서 길을 잃은 등산객에게 올바른 위치를 안내 해 줄 수 있다. 무엇보다 화재가 발생 했을 때, 건물 내 투입된 소방관의 실시간 위치 파악을 위해 화재 현장에 위치시켜 공간을 투영함으로써 소방관의 안전과 소방 활동을 실시간으로 지휘할 수 있다.In other words, the location determination technology in one embodiment can immediately determine the location of a worker when a collapse accident occurs at an industrial site based on the tag. In addition, in order to find a person in distress on a mountain, the anchor set can be used to rotate or move about the space to be projected to find the location of the person in distress, or conversely, it can guide a hiker who is lost in the mountain to the correct location. Above all, when a fire breaks out, it is possible to direct the safety of firefighters and firefighting activities in real time by placing them at the fire scene and projecting the space to determine the real-time location of firefighters deployed within the building.
상술한 바와 같이, 일 실시 예의 위치 측위 장치(100)는 UWB를 기반으로 위치를 측위하는 방법과 아이디어, 하드웨어 제작 방법을 통해 활용 범위를 넓힐 수 있을 것이다.As described above, the
특히, 실내 위치 측위에 있어서 UWB 앵커의 설치에 대한 불편함을 해소할 수 있을 것이다.In particular, it will be possible to resolve the inconvenience of installing a UWB anchor in indoor positioning.
이상 설명된 본 개시에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiments according to the present disclosure described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded on a computer-readable medium. At this time, the media includes magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and ROM. , RAM, flash memory, etc., may include hardware devices specifically configured to store and execute program instructions.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present disclosure, or may be known and usable by those skilled in the art of computer software. Examples of computer programs may include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.In the specification (particularly in the claims) of the present disclosure, the use of the term “above” and similar referential terms may refer to both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present disclosure, the invention includes the application of individual values within the range (unless there is a statement to the contrary), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. It's the same.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.Unless there is an explicit order or description to the contrary regarding the steps constituting the method according to the present disclosure, the steps may be performed in any suitable order. The present disclosure is not necessarily limited by the order of description of the steps above. The use of any examples or illustrative terms (e.g., etc.) in the present disclosure is merely to describe the present disclosure in detail, and unless limited by the claims, the scope of the present disclosure is limited by the examples or illustrative terms. It doesn't work. Additionally, those skilled in the art will appreciate that various modifications, combinations and changes may be made according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all scopes equivalent to or equivalently changed from the claims are within the scope of the spirit of the present disclosure. It will be said to belong to
1 : 위치 측위 시스템
100 : 위치 측위 장치
110 : 통신 인터페이스
120 : 사용자 인터페이스
130 : 메모리
140 : 프로세서
200 : 사용자 단말
300 : 서버
400 : 네트워크1: Location determination system
100: location determination device
110: communication interface
120: user interface
130: memory
140: processor
200: user terminal
300: Server
400: Network
Claims (19)
상기 3차원 공간으로부터 설정 범위 이내에서 이동 가능하도록 구비되는 이동형 앵커 세트에서 상기 태그로부터의 신호를 수신하는 단계; 및
호모그래피 알고리즘을 기반으로, 상기 3차원 공간의 태그 신호 정보를 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간으로 변환하여, 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.A positioning method that performs positioning of a tag in an arbitrary three-dimensional space based on ultra-wide band (UWB) wireless technology, in which at least part of each step is performed by a processor, comprising:
Receiving a signal from the tag in a movable anchor set capable of moving within a set range in the three-dimensional space; and
Based on a homography algorithm, converting the tag signal information in the three-dimensional space into a three-dimensional space based on the mobile anchor set, and deriving the coordinates of the tag in the three-dimensional space based on the mobile anchor set,
Location determination method.
상기 이동형 앵커 세트는, 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하며, 평면 측위용 제1 앵커 세트와, 평면 보정 및 공간 구성용 제2 앵커 세트로 구성되는,
위치 측위 방법.According to claim 1,
The movable anchor set includes at least four anchors and consists of a first anchor set for plane positioning and a second anchor set for plane correction and space construction,
Location determination method.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 단계는,
투영 행렬을 이용하여 상기 3차원 공간의 상기 태그 신호 정보를 상기 이동형 앵커 세트 기준 평면에 투영하는 단계; 및
호모그래피 행렬을 이용하여 상기 이동형 앵커 세트 기준 평면을 기반으로 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에 상기 태그 신호 정보를 재구성하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.According to claim 2,
The step of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
Projecting the tag signal information in the three-dimensional space onto the mobile anchor set reference plane using a projection matrix; and
Comprising the step of reconstructing the tag signal information in a three-dimensional space based on the mobile anchor set reference plane based on the mobile anchor set reference plane using a homography matrix,
Location determination method.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 단계는,
상기 제1 앵커 세트로 평면에 대한 위치 측위를 수행하는 단계; 및
상기 태그 방향을 기준으로 상기 제1 앵커 세트 보다 뒤에 위치하는 상기 제2 앵커 세트로 측정된 평면에 대한 높이 측위를 수행하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.According to claim 2,
The step of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
performing positioning with respect to a plane with the first anchor set; and
Comprising the step of performing height positioning on a plane measured with the second anchor set located behind the first anchor set based on the tag direction,
Location determination method.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 단계는,
상기 제1 앵커 세트로 가로에 대한 평면상 거리인 제1 거리 값을 측정하는 단계;
상기 제2 앵커 세트로 세로에 대한 평면상 거리인 제2 거리 값을 측정하는 단계;
상기 제1 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 상기 태그의 x 좌표를 도출하는 단계;
상기 제2 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 상기 태그의 y 좌표를 도출하는 단계; 및
상기 제1 거리 값 및 제2 거리 값을 기반으로 상기 태그의 z 좌표를 도출하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.According to claim 4,
The step of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
measuring a first distance value, which is a plane distance with respect to the horizontal, using the first anchor set;
measuring a second distance value, which is a plane distance with respect to the vertical, using the second anchor set;
deriving an x-coordinate of the tag in a projected plane by signals received between anchors of the first anchor set;
deriving a y coordinate of the tag in a projected plane by signals received between anchors of the second anchor set; and
Comprising the step of deriving the z coordinate of the tag based on the first distance value and the second distance value,
Location determination method.
상기 도출한 태그의 좌표를 기반으로. 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 단계는,
상기 제2 앵커 세트에서 상기 태그로부터 수신한 신호의 가시선/비가시선(LOS/NLOS) 비율에 기반하여 상기 제2 앵커 세트에서 상기 태그로부터 수신한 신호 상태를 예측하는 단계; 및
상기 제2 앵커 세트에서의 RSSI(수신신호강도) 값 및 앵커 간 신호 상태를 기반으로 장애물에 의한 손실을 보정하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.According to claim 5,
Based on the coordinates of the tag derived above. It further includes the step of performing location determination by correcting loss due to obstacles,
The step of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
predicting a state of a signal received from the tag in the second anchor set based on a line-of-sight/non-line-of-sight (LOS/NLOS) ratio of the signal received from the tag in the second anchor set; and
Comprising the step of correcting loss due to obstacles based on the RSSI (received signal strength) value in the second anchor set and the signal state between anchors,
Location determination method.
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 단계는,
기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 상기 장애물에 의한 손실을 반영하여 상기 태그의 위치 측위를 수행하는 단계를 포함하는,
위치 측위 방법.According to claim 6,
The step of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
Based on a previously learned deep neural network-based positioning model, comprising performing positioning of the tag by reflecting loss due to the obstacle,
Location determination method.
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 단계는,
이동형 앵커 세트의 구조적 위치, 태그로부터의 수신 신호, 공기 중에 전파의 속도에 따른 태그로부터의 예상 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 내 앵커 간 신호성분 중 적어도 하나 이상을 입력 데이터로 하여, 상기 태그의 위치, 위치 신뢰도 및 전파 성분 품질이 출력되도록 미리 훈련된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 상기 태그의 위치 측위를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 수신 신호의 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 위치의 환경에 대한 학습 데이터 중 적어도 하나 이상을 장애물 재질로 레이블링한 훈련 데이터를 통해 훈련된 것인,
위치 측위 방법.According to claim 7,
The step of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
Position of the tag using at least one of the following as input data: structural position of the mobile anchor set, received signal from the tag, expected distance from the tag according to the speed of propagation in the air, RSSI, and signal components between anchors in the mobile anchor set. , performing location determination of the tag based on a deep neural network-based location determination model that is pre-trained to output location reliability and radio wave component quality,
The deep neural network-based positioning model is trained through training data labeling at least one of the distance of the received signal, RSSI, and learning data about the environment of the mobile anchor set location as an obstacle material,
Location determination method.
상기 기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트를 포함하는 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 상기 이동형 앵커 세트의 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트 각각에 대한 태그로부터의 수신 신호가 입력되면, 상기 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 태그로부터의 수신 신호를 기반으로 도출된 투영 평면에서의 태그 위치를 입력으로 쿼리(query)하여, 상기 투영 평면에서의 태그 위치에 대하여 상기 이동형 앵커 세트를 기준으로 하는 3차원 공간에서의 태그 위치 측위 결과가 출력되도록 학습된 학습 모델인,
위치 측위 방법. According to claim 7,
The pre-learned deep neural network-based positioning model is based on the structural position of the mobile anchor set including the first anchor set and the second anchor set and the tags for each of the first and second anchor sets of the mobile anchor set. When the received signal is input, the tag position in the projection plane derived based on the structural position of the mobile anchor set and the received signal from the tag is queried as input, and the tag position in the projection plane is queried as input. A learning model trained to output tag positioning results in three-dimensional space based on a set of mobile anchors,
Location determination method.
메모리; 및
상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 포함된 컴퓨터 판독가능한 명령들을 실행하도록 구성된 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 3차원 공간으로부터 설정 범위 이내에서 이동 가능하도록 구비되는 이동형 앵커 세트에서 상기 태그로부터의 신호를 수신하는 동작, 및
호모그래피 알고리즘을 기반으로, 상기 3차원 공간의 태그 신호 정보를 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간으로 변환하여, 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 동작을 수행하도록 설정되는,
위치 측위 장치.A positioning device that performs positioning of a tag in an arbitrary three-dimensional space based on ultra-wide band (UWB) wireless technology,
Memory; and
A processor connected to the memory and configured to execute computer-readable instructions contained in the memory,
The at least one processor,
An operation of receiving a signal from the tag in a movable anchor set capable of moving within a set range in the three-dimensional space, and
Based on a homography algorithm, the tag signal information in the three-dimensional space is converted into a three-dimensional space based on the mobile anchor set, and the operation of deriving the coordinates of the tag in the three-dimensional space based on the mobile anchor set is set to be performed. ,
Location determination device.
상기 이동형 앵커 세트는, 적어도 4개 이상의 앵커를 포함하며, 평면 측위용 제1 앵커 세트와, 평면 보정 및 공간 구성용 제2 앵커 세트로 구성되는,
위치 측위 장치.According to claim 11,
The movable anchor set includes at least four anchors and consists of a first anchor set for plane positioning and a second anchor set for plane correction and space construction,
Location determination device.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 동작은,
투영 행렬을 이용하여 상기 3차원 공간의 상기 태그 신호 정보를 상기 이동형 앵커 세트 기준 평면에 투영하는 동작, 및
호모그래피 행렬을 이용하여 상기 이동형 앵커 세트 기준 평면을 기반으로 상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에 상기 태그 신호 정보를 재구성하는 동작을 포함하는,
위치 측위 장치.According to claim 12,
The operation of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
Projecting the tag signal information in the three-dimensional space onto the mobile anchor set reference plane using a projection matrix, and
Comprising the operation of reconstructing the tag signal information in a three-dimensional space based on the mobile anchor set reference plane using a homography matrix,
Location determination device.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 동작은,
상기 제1 앵커 세트로 평면에 대한 위치 측위를 수행하는 동작, 및
상기 태그 방향을 기준으로 상기 제1 앵커 세트 보다 뒤에 위치하는 상기 제2 앵커 세트로 측정된 평면에 대한 높이 측위를 수행하는 동작을 포함하는,
위치 측위 장치.According to claim 12,
The operation of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
An operation of performing positioning with respect to a plane with the first anchor set, and
Comprising an operation of performing height positioning on a plane measured by the second anchor set located behind the first anchor set based on the tag direction,
Location determination device.
상기 이동형 앵커 세트 기준 3차원 공간에서 상기 태그의 좌표를 도출하는 동작은,
상기 제1 앵커 세트로 가로에 대한 평면상 거리인 제1 거리 값을 측정하는 동작,
상기 제2 앵커 세트로 세로에 대한 평면상 거리인 제2 거리 값을 측정하는 동작,
상기 제1 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 상기 태그의 x 좌표를 도출하는 동작,
상기 제2 앵커 세트의 앵커 간의 수신된 신호에 의해 투영된 평면에서 상기 태그의 y 좌표를 도출하는 동작, 및
상기 제1 거리 값 및 제2 거리 값을 기반으로 상기 태그의 z 좌표를 도출하는 동작을 포함하는,
위치 측위 장치.According to claim 14,
The operation of deriving the coordinates of the tag in a three-dimensional space based on the mobile anchor set,
An operation of measuring a first distance value, which is a plane distance with respect to the horizontal, using the first anchor set,
An operation of measuring a second distance value, which is a plane distance with respect to the vertical, using the second anchor set,
deriving an x-coordinate of the tag in a plane projected by signals received between anchors of the first anchor set;
deriving a y coordinate of the tag in a plane projected by signals received between anchors of the second anchor set, and
Including the operation of deriving the z coordinate of the tag based on the first distance value and the second distance value,
Location determination device.
상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 도출한 태그의 좌표를 기반으로. 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 동작을 더 수행하도록 설정되고,
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 동작은,
상기 제2 앵커 세트에서 상기 태그로부터 수신한 신호의 가시선/비가시선(LOS/NLOS) 비율에 기반하여 상기 제2 앵커 세트에서 상기 태그로부터 수신한 신호 상태를 예측하는 동작, 및
상기 제2 앵커 세트에서의 RSSI(수신신호강도) 값 및 앵커 간 신호 상태를 기반으로 장애물에 의한 손실을 보정하는 동작을 포함하는,
위치 측위 장치.According to claim 15,
The at least one processor,
Based on the coordinates of the tag derived above. It is set to further perform an operation to perform location determination by compensating for loss due to obstacles,
The operation of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
Predicting the state of a signal received from the tag in the second anchor set based on the line-of-sight/non-line-of-sight (LOS/NLOS) ratio of the signal received from the tag in the second anchor set, and
Comprising an operation of correcting loss due to obstacles based on the RSSI (received signal strength) value in the second anchor set and the signal state between anchors,
Location determination device.
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 동작은,
기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 상기 장애물에 의한 손실을 반영하여 상기 태그의 위치 측위를 수행하는 동작을 포함하는,
위치 측위 장치.According to claim 16,
The operation of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
Based on a previously learned deep neural network-based positioning model, including the operation of performing positioning of the tag by reflecting loss due to the obstacle,
Location determination device.
상기 장애물에 따른 손실을 보정하여 위치 측위를 수행하는 동작은,
이동형 앵커 세트의 구조적 위치, 태그로부터의 수신 신호, 공기 중에 전파의 속도에 따른 태그로부터의 예상 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 내 앵커 간 신호성분 중 적어도 하나 이상을 입력 데이터로 하여, 상기 태그의 위치, 위치 신뢰도 및 전파 성분 품질이 출력되도록 미리 훈련된 심층신경망 기반 위치 측위 모델을 기반으로, 상기 태그의 위치 측위를 수행하는 동작을 포함하고,
상기 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 수신 신호의 거리, RSSI 및 이동형 앵커 세트 위치의 환경에 대한 학습 데이터 중 적어도 하나 이상을 장애물 재질로 레이블링한 훈련 데이터를 통해 훈련된 것인,
위치 측위 장치.According to claim 17,
The operation of performing location determination by correcting the loss due to the obstacle is,
Position of the tag using at least one of the following as input data: structural position of the mobile anchor set, received signal from the tag, expected distance from the tag according to the speed of propagation in the air, RSSI, and signal components between anchors in the mobile anchor set. , an operation of performing location determination of the tag based on a deep neural network-based location location model trained in advance to output location reliability and radio wave component quality,
The deep neural network-based positioning model is trained through training data labeling at least one of the distance of the received signal, RSSI, and learning data about the environment of the mobile anchor set location as an obstacle material,
Location determination device.
상기 기 학습된 심층신경망 기반 위치 측위 모델은, 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트를 포함하는 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 상기 이동형 앵커 세트의 제1 앵커 세트 및 제2 앵커 세트 각각에 대한 태그로부터의 수신 신호가 입력되면, 상기 이동형 앵커 세트의 구조적 위치와 태그로부터의 수신 신호를 기반으로 도출된 투영 평면에서의 태그 위치를 입력으로 쿼리(query)하여, 상기 투영 평면에서의 태그 위치에 대하여 상기 이동형 앵커 세트를 기준으로 하는 3차원 공간에서의 태그 위치 측위 결과가 출력되도록 학습된 학습 모델인,
위치 측위 장치.According to claim 17,
The pre-learned deep neural network-based positioning model is based on the structural position of the mobile anchor set including the first anchor set and the second anchor set and the tags for each of the first and second anchor sets of the mobile anchor set. When the received signal is input, the tag position in the projection plane derived based on the structural position of the mobile anchor set and the received signal from the tag is queried as input, and the tag position in the projection plane is queried as input. A learning model trained to output tag positioning results in three-dimensional space based on a set of mobile anchors,
Location determination device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220075757A KR20230174610A (en) | 2022-06-21 | 2022-06-21 | Method and apparatus for positioning |
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KR100954169B1 (en) | 2008-02-27 | 2010-04-20 | 부산대학교 산학협력단 | TDOA based localization system, localization method in port logistics environment |
KR102009791B1 (en) | 2018-08-23 | 2019-08-13 | 주식회사 에이치랩 | 3D position tracking system using UWB |
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Patent Citations (2)
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KR100954169B1 (en) | 2008-02-27 | 2010-04-20 | 부산대학교 산학협력단 | TDOA based localization system, localization method in port logistics environment |
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